溫小榮，袁 媛，管 磊，梁椿松

(邁安德集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127)

降低蒸汽消耗是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵出發(fā)點(diǎn)，如何降低油料浸出車間蒸汽消耗一直是廣大科學(xué)研究者、工程技術(shù)人員和生產(chǎn)企業(yè)的研究熱點(diǎn)。各種先進(jìn)的研究方法被應(yīng)用于浸出車間節(jié)能換熱，如“夾點(diǎn)分析”，通過(guò)“夾點(diǎn)分析”，浸出車間熱能回收率已達(dá)到最大回收潛力的96%[1]。新的節(jié)能技術(shù)，如蒸汽冷凝水先進(jìn)空氣加熱器節(jié)能換熱后進(jìn)閃蒸罐，冷凝水閃蒸汽作為直接汽通入蒸脫機(jī)(DT),浸出車間冷凝水輸送至預(yù)處理車間給進(jìn)調(diào)質(zhì)塔的大豆預(yù)熱，汽提塔氣相與熱水換熱后給大豆原料預(yù)熱等，已經(jīng)被越來(lái)越多的新建油廠應(yīng)用，已建油廠也在不斷進(jìn)行改造，旨在最大限度地降低蒸汽消耗。

浸出車間干燥冷卻機(jī)(DC)首層熱風(fēng)溫度通常為68～76℃，雖然其品質(zhì)較低(含75%以上的空氣，傳熱系數(shù)低)，但量大，并含有20%左右的水蒸氣(水蒸氣冷凝可釋放出潛熱)，具有一定的回收價(jià)值。目前，多數(shù)油廠未將DC首層熱風(fēng)利用，而是直接排空，造成能源浪費(fèi)，也有越來(lái)越多企業(yè)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，積極增加廢熱回收工藝管線和設(shè)備。

為實(shí)現(xiàn)DC首層廢熱利用，目前有兩種工業(yè)化工藝路線：一種是DC首層熱風(fēng)直接與進(jìn)風(fēng)機(jī)空氣進(jìn)行風(fēng)-風(fēng)換熱，空氣在進(jìn)風(fēng)機(jī)前被加熱，節(jié)約了后續(xù)加熱蒸汽消耗。這種熱能利用方式優(yōu)點(diǎn)是空氣可被加熱至更高的溫度，當(dāng)DC首層熱風(fēng)溫度為74℃時(shí)，可將空氣加熱至68～70℃，缺點(diǎn)是需要配置的風(fēng)-風(fēng)換熱器面積大，且DC熱風(fēng)中攜帶的粕沫容易附著在換熱面上，造成污垢系數(shù)增大，換熱效率下降。另一種DC首層廢熱利用工藝為水捕集熱量回收，在熱風(fēng)和水的逆流接觸過(guò)程中將水進(jìn)行加熱，加熱后的水再給進(jìn)風(fēng)機(jī)前的冷風(fēng)加熱。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，在水捕集廢熱的過(guò)程中，把廢汽中的粕沫也捕集下來(lái)，既有節(jié)能的作用，也達(dá)到了環(huán)保的效果。

本文介紹了水捕集回收DC首層廢熱的工藝流程，討論了水捕集DC首層廢熱工藝設(shè)計(jì)中，如何計(jì)算確定空氣的量，廢汽的組成及物性參數(shù)。利用ProII對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的物料與熱量平衡進(jìn)行模擬，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。

1 水捕集回收DC首層出口熱風(fēng)工藝流程

水捕集回收DC首層廢熱工藝流程如圖1所示。從圖1可以看出，DC首層熱風(fēng)經(jīng)過(guò)剎克龍后進(jìn)入廢熱捕集器，廢汽從捕集器底部通入，水從捕集器上部噴入，二者實(shí)現(xiàn)逆流混合接觸，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)換熱。廢汽中一部分水蒸氣冷凝下來(lái)，水被加熱至70℃左右，然后熱水用循環(huán)泵輸送至空氣換熱器，在空氣換熱器中給進(jìn)風(fēng)機(jī)前的冷風(fēng)加熱。冷風(fēng)被加熱至62～68 ℃后進(jìn)入干燥風(fēng)機(jī)，作為DC干燥層的干燥熱風(fēng)，從而節(jié)約了干燥風(fēng)機(jī)后冷風(fēng)被加熱的蒸汽量。在循環(huán)泵與空氣換熱器之間一般設(shè)計(jì)一個(gè)刮刀過(guò)濾器，用于除去捕集下來(lái)的粕沫，減緩廢熱捕集器和空氣換熱器的結(jié)垢。

圖1 水捕集回收DC首層廢熱工藝流程

2 水捕集回收DC首層出口熱風(fēng)工藝參數(shù)及設(shè)計(jì)

2.1 DC首層熱風(fēng)空氣流量

在干燥冷卻過(guò)程中，空氣在料層的速度控制為14～21 m/min，穿過(guò)料層的壓降為2 000～3 000 Pa?？傦L(fēng)量根據(jù)產(chǎn)量確定，通常每加工1 kg大豆，需要0.8～1 m3空氣(取0.8 m3/kg)。對(duì)于加工量為5 000 t/d的大豆浸出車間，需要配置風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量為5 000/24×1 000×0.8=166 667(m3/h)，通常設(shè)計(jì)兩個(gè)風(fēng)機(jī)，一個(gè)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，一個(gè)冷風(fēng)風(fēng)機(jī)，每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)量選90 000 m3/h，風(fēng)壓7 000～7 500 Pa(表壓)。DC干燥冷卻共6層，每層風(fēng)量30 000 m3/h(25℃，密度1.18 kg/m3)。

2.2 DC首層出口熱風(fēng)水蒸氣含量

大豆?jié)衿稍诿撊苓^(guò)程中，預(yù)脫層利用間接蒸汽加熱，溫度維持在68℃左右；進(jìn)入混脫層，大量水蒸氣冷凝，使粕溫度由68℃升高至100℃，粕水分增加至17%～21%；從混脫層首層至直接汽層，粕溫度由100℃升至105～110℃，水分降低1%左右，即進(jìn)入DC首層粕水分為16%～20%(計(jì)算時(shí)取19%)。

DC作用主要是對(duì)粕進(jìn)行干燥冷卻，濕粕與空氣在DC干燥冷卻層進(jìn)行逆流換熱，將水分由19%降至12.5%左右，即帶走6.5%左右的水分。其中，絕大多數(shù)水分是在DC的首層被帶走的(取5%，即水分由19%降至14%)。取大豆原料含油20%、水分12%，5 000 t/d大豆加工生產(chǎn)線粕干基量(理論值)為5 000/24×(100%-20%-12%)=141.7 (t/h)。DC首層熱風(fēng)帶走的水分為141.7/(100%-19%)×19%-141.7/(100%-14%)×14%=33.2-23.1=10.1(t/h)=10 100(kg/h)。

DC首層熱風(fēng)中水蒸氣含量為：10 100/(10 100+1.18×30 000)=22.2%，絕對(duì)濕度H=10 100/(30 000×1.18)=0.29(kg/kg)。DC首層熱風(fēng)溫度為74℃左右，查空氣性質(zhì)表可知，74℃空氣飽和濕度為0.36 kg/kg，則相對(duì)濕度φ=絕對(duì)濕度/飽和濕度=0.29/0.36=80.6%。

2.3 DC首層出口熱風(fēng)物性參數(shù)

表1為DC首層出口熱風(fēng)物性參數(shù)表，其中溫度和壓力為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)調(diào)試時(shí)測(cè)定，相對(duì)濕度計(jì)算所得。其他參數(shù)利用軟件Exchanger Design & Rating(EDR)中B-JAC數(shù)據(jù)包查詢所得，氣液計(jì)算方法采用Soave-Redlich-Kwong。

表1 DC首層出口熱風(fēng)物性參數(shù)

2.4 DC首層廢熱回收系統(tǒng)物料與熱量平衡

以5 000 t/d大豆浸出為例，廢汽總流量為空氣流量與水蒸氣的總和，即30 000×1.18+10 100=45 500(kg/h)，取液氣比為2.0，則噴淋量為2.0×45 500=91 000(kg/h)，選100 m3/h的循環(huán)泵。廢熱捕集器可采用板塔、格柵板填料塔或散裝填料塔，通?？账馑倏稍O(shè)計(jì)2 m/s左右，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮塔的壓降，合理控制在800 Pa以下。

空氣換熱器宜采用翅片式，水走管內(nèi)，空氣走管外。翅片換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，熱側(cè)進(jìn)口溫度與冷側(cè)出口溫度控制在4～8℃，迎風(fēng)面氣速宜控制在3～5 m/s，冷側(cè)(翅片側(cè))壓降宜控制在500 Pa以下。

采用化工模擬軟件ProII對(duì)5 000 t/d大豆浸出車間DC廢熱回收系統(tǒng)進(jìn)行模擬，物性方法采用SRK，整個(gè)模擬流程圖如圖1所示，物流名稱也與圖1一致，模擬結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，74℃的DC首層出口廢汽可將水加熱至70.8℃，然后70.8℃的水可將進(jìn)風(fēng)機(jī)前空氣加熱至64.8℃。

表2 DC首層廢熱回收系統(tǒng)物料與熱量平衡

3 水捕集回收DC首層廢熱經(jīng)濟(jì)性分析

以5 000 t/d大豆浸出車間水捕集系統(tǒng)為例，冷風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為90 000 m3/h，密度1.18 kg/m3，比熱容為1 kJ/(kg·℃)。設(shè)定室外溫度為25℃，由表2可知溫度可升至64.8℃，獲取總能量為Q1=1.18×90 000×1×(64.8-25)=4 227(MJ/h)，折算成表壓0.8 MPa，蒸汽潛熱2 031 kJ/kg，蒸汽量為4 227×1 000/2 031=2 081(kg/h)，考慮到增加捕集器后由于阻力增加導(dǎo)致風(fēng)量下降，以及過(guò)程中熱量損耗，實(shí)際節(jié)約蒸汽量按理論節(jié)約量的75%計(jì)算。即5 000 t/d大豆加工線增加水捕集系統(tǒng)可節(jié)約蒸汽2 081×75%=1 561(kg/h)。折算成噸大豆節(jié)約蒸汽量為7.5 kg。按照蒸汽220元/t計(jì)算，每噸大豆可節(jié)約加工成本1.65元，每日節(jié)約成本8 250元，以年開(kāi)工300 d計(jì)算，年節(jié)約加工成本248萬(wàn)元。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)水捕集回收DC首層廢熱用于干燥風(fēng)機(jī)空氣加熱，對(duì)節(jié)約浸出車間總蒸汽消耗具有明顯的效果，特別是對(duì)于2 000 t/d以上的大豆加工項(xiàng)目。同時(shí)，水捕集過(guò)程中將廢汽中粕沫捕集下來(lái)，降低尾氣中粉末的排放量，對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要意義。